音频装置及其输出方法
【专利摘要】提供一种音频装置及其输出方法。所述音频装置包括：包络检测器，配置为检测输入的音频信号的包络；供电器，包括线性供电器（LPS）和开关模式供电器（SMPS）；放大器，配置为放大输入的音频信号；输出单元，配置为输出由放大器放大的音频信号；控制器，配置为将检测到的包络的电压电平与预设电平进行比较，基于比较结果选择LPS和SMPS之一，并控制供电器从选择的LPS和SMPS之一向放大器供电。
【专利说明】音频装置及其输出方法
[0001]本申请要求于2012年8月28日提交到美国专利商标局的第61/693961号美国临时专利申请和2013年4月30日提交到韩国知识产权局的第10-2013-0048530号韩国专利申请的优先权，该申请的公开通过引用全部包含于此。
【技术领域】
[0002]示例性实施例通常涉及提供一种音频装置及其输出方法，更具体地讲，涉及一种根据声源的改变而选择供电器的音频装置及其输出方法。
【背景技术】
[0003]音频装置放大输入的音频信号以通过扬声器输出放大的音频信号。具有高于或等于音频信号的电平的电平的电源被供应到放大音频信号的放大器。
[0004]供电器的类型可被分类为线性供电器(LPS)和开关模式供电器(SMPS)。通常，在LPS的情况下，输出电压具有高噪声和波纹特性，但音量相对大，这引起产生大量的热。因此，在实际设计中，LPS因其设计而受限于最大输出。在SMPS的情况下，音量小，并且在高功率状态下电源效率高。然而，由开关脉冲产生的波纹特性相对低于线性电源。
[0005]在家庭音频放大器中，输出能量的动态改变根据声源从低输出到具有高能量峰值的级别非常大。因此，需要用于在具有低能量级别的低输出区域和峰值输出区域中实现最佳音质和电源效率的技术。
【发明内容】
[0006]示例性实施例至少解决上面的问题和/或缺点以及上面没有描述的其他缺点。另夕卜，示例性实施例不需要克服上述的缺点，而且示例性实施例可不克服上述任何问题。
[0007]示例性实施例提供一种音频装置及其输出方法，所述音频装置根据声源的高低改变选择适当的供电器以在具有低能量级别的区域和峰值输出区域中实现最佳音质和高效率。
[0008]根据示例性实施例的一方面，提供一种音频装置，包括:包络检测器，配置为检测输入的音频信号的包络；供电器，包括线性供电器(LPS)和开关模式供电器(SMPS);放大器，配置为放大输入的音频信号；输出单元，配置为输出由放大器放大的音频信号；控制器，配置为将检测到的包络的电压电平与预设电平进行比较，基于比较结果选择LPS和SMPS之一，并控制供电器从选择的LPS和SMPS之一向放大器供电。
[0009]所述音频装置还可包括:平滑器，配置为对由LPS和SMPS的改变而造成的电压电平的瞬时改变进行平滑。
[0010]所述音频装置还可包括:升压器，配置为对输入的音频信号进行升压。
[0011]控制器可响应于检测到的包络的电压电平低于或等于预设电平而选择LPS，并响应于检测到的包络的电压电平高于或等于预设电平而选择SMPS。
[0012]预设电平可包括第一电平和超过第一电平的第二电平。控制器可响应于检测到的包络的电压电平降低为低于或等于第一电平而选择LPS，并响应于检测到的包络的电压电平上升为高于或等于第二电平而选择SMPS。
[0013]控制器可被配置为在检测到的包络的电压电平降低到第一电平的时刻，将LPS的输出电压电平设置为第一电平，并在检测到的包络的电压电平上升到第二电平的时刻，将SMPS的输出电压电平设置为第二电平。
[0014]供电器可被配置为将选择的LPS或SMPS的电压电平调整为检测到的包络的电压电平，并输出调整的电压电平。
[0015]根据示例性实施例的另一方面，提供一种音频装置的输出方法。所述输出方法可包括:检测输入的音频信号的包络；将检测到的包络的电压电平与预设电平进行比较；选择LPS和SMPS之一；通过使用来自选择的LPS和SMPS之一的电源来放大输入的音频信号；输出放大的音频信号。
[0016]所述输出方法还可包括:对由LPS和SMPS的改变而造成的电压电平的瞬时改变进行平滑。
[0017]所述输出方法还可包括:对输入的音频信号进行升压。
[0018]响应于检测到的包络的电压电平低于或等于预设电平，可选择LPS。响应于检测到的包络的电压电平高于或等于预设电平，可选择SMPS。
[0019]预设电平可包括第一电平和超过第一电平的第二电平。响应于检测到的包络的电压电平降低为低于或等于第一电平，可选择LPS，并响应于检测到的包络的电压电平上升为高于或等于第二电平，可选择SMPS。
[0020]选择LPS或SMPS的步骤可包括:在检测到的包络的电压电平降低到第一电平的时亥IjJfLPS的输出电压电平设置为第一电平；在检测到的包络的电压电平上升到第二电平的时刻，将SMPS的输出电压电平设置为第二电平。
[0021]所述输出方法还可包括:将选择的LPS或SMPS的电压电平调整为检测到的包络的电压电平。可基于调整的电压电平向放大器供电，以放大输入的音频信号。
[0022]如上所述，根据各种示例性实施例，音频装置可根据声源的能量级别选择适当的供电器以实现最佳的首质和闻效率。
【专利附图】
【附图说明】
[0023]通过参照附图描述特定示例性实施例，上述和/或其他方面将会变得更加清楚，其中:
[0024]图1和图2是示出根据示例性实施例的音频装置的框图；
[0025]图3是示出根据示例性实施例的升压处理的示图；
[0026]图4是示出根据示例性实施例的检测包络的处理的示图；
[0027]图5和图6是示出根据示例性实施例的应用滞后窗口来选择供电器的方法的示图；
[0028]图7是示出根据示例性实施例的改变电源模式的处理的示图；
[0029]图8是示出根据示例性实施例的音频装置的输出方法的流程图。
【具体实施方式】[0030]将参照附图更详细地描述示例性实施例。
[0031]在以下描述中，即使在不同的附图中，相同的标号用于相同的元件。提供在描述中定义的内容(例如，详细的结构和元件)，以帮助全面理解示例性实施例。因此，清楚的是，在没有那些特定定义的内容的情况下可实现示例性实施例。另外，由于公知功能或结构将不必要地模糊示例性实施例，因此不详细描述公知功能或结构。
[0032]图1是示出根据示例性实施例的音频装置100的框图。
[0033]参照图1，音频装置100包括包络检测器110、供电器120、放大器单元130、输出单元140和控制器150。
[0034]包络检测器110检测输入到音频装置100的音频信号的包络。通常，包络是指连接满足预设条件的一群曲线的曲线，即，音频信号的轮廓线。本示例性实施例的包络检测器110检测具有预定尺寸或更大尺寸的曲线，所述曲线与音频信号的轮廓线成正比，而不是与连接音频信号的曲线成正比。响应于音频信号被输入，包络检测器110检测音频信号的动态特性并产生包络信号，所述包络信号包括音频放大器增益和适用于输出电平的电源电平信息。由于音频信号的改变非常严重，因此包络检测器110产生包络信号以根据可听频带之外的改变率(频率)选择并改变供电器。由于可听频带在20Hz和20kHz之间，因此包络信号可被检测为具有低于20Hz的频率的信号。
[0035]供电器120包括LPS和SMPS。在控制器150的控制下选择供电器120的LPS和SMPS之一。选择的电源向放大器单元130供电。供电器120调整电源电平使得电源电平与检测到的包络的电平改变成正比，以向放大器单元130供电。
[0036]放大器单兀130放大输入的音频信号，并且输出单兀140输出通过放大器单兀130放大的音频信号。
[0037]控制器150将检测到的包络的电压电平与预设电平进行比较以选择LPS和SMPS之一。响应于检测到的包络的电压电平低于或等于预设电平，控制器150可选择LPS。响应于检测到的包络的电压电平高于或等于预设电平，控制器150可选择SMPS。例如，预设电平可被设置为0.5V和-0.5V之间的特定电压值。预设电平还可被设置为一个电压值或者两个或两个以上的电压值。
[0038]响应于输入的音频信号的电平高于或等于预设电平，音频装置100可通过使用SMPS向放大器单元130供电。SMPS具有小音量并在高输出中具有高效率。与LPS相比，SMPS具有由于开关脉冲而引起的低的波纹特性。响应于音频信号的电平高，用户几乎不会感觉到由波纹引起的噪声。因此，SMPS适用于高电平的音频信号。
[0039]响应于输入的音频信号的电平低于或等于预设电平，音频装置100可通过使用LPS向放大器单元130供电。LPS具有大音量并受限于最大输出，但具有高噪声和波纹特性。因此，LPS适用于低电平的音频信号。
[0040]音频装置100还可包括升压器160和平滑器170。
[0041]图2示出根据另一示例性实施例的音频装置IOOa的框图。参照图2，音频装置IOOa包括:包络检测器110、供电器120、放大器单元130、输出单元140、控制器150、升压器160和平滑器170。供电器120包括LPS121和SMPS122，放大器单元130包括放大器131。输出单兀140包括扬声器141,控制器150包括滞后窗口 151和开关152。
[0042]升压器160将输入音频信号升压到预设电平。升压器160被应用于包络。平滑器170对由LPS和SMPS的改变而引起的电压电平的瞬时改变进行平滑。响应于LPS被改变为SMPS或者SMPS被改变为LPS，功率可能非瞬时地供应到放大器131。功率不被供应的区段可以是瞬时的，但音频信号的迅速上升和/或下降可产生弹出式噪音。因此，音频装置100可包括平滑器170其目的是为了在电源改变时不产生功率不被供应的区段。电容性元件可连接到输入到放大器131的电源线和地面以实现平滑器170。可考虑电路、电源改变时间等来确定电容性元件的值。
[0043]LPS121是指通过诸如变换、整流等的处理供应恒定功率的供电器。例如，可存在低压降(LDO)供电器，可通过使用分压器或使用电阻值的齐纳二极管来构成电路。SMPS122是指通过开关或通过脉冲控制来供应恒定功率的供电器。SMPS122的示例可包括DC-DC转换器。
[0044]滞后窗口 151根据检测到的音频信号的包络输出操作LPS121或SMPS122的控制信号。滞后窗口 151应用滞后窗口以防止针对包络的频繁改变的过于频繁的供电器改变。例如，滞后窗口 151可设置第一电平和超过第一电平的第二电平。响应于包络的电压电平低于或等于第一电平，滞后窗口 151输出用于选择LPS121的信号。响应于包络的电压电平高于或等于第二电平，滞后窗口 151输出用于选择SMPS122的信号。可选择地，响应于包络的电压电平降低到低于或等于第一电平，滞后窗口 151可输出用于选择LPS121的信号。响应于包络的电压电平上升到高于或等于第二电平，滞后窗口 151可输出用于选择SMPS122的信号。
[0045]开关152根据从滞后窗口 151输出的电源选择信号来选择LPS121或SMPS122。
[0046]包络检测器110、放大器单元130和输出单元140与参照图1描述的检测器110、放大器单元130和输出单元140相同。如上所述，音频信号通过放大器单元130被放大随后通过输出单兀140被输出。从供电器120向放大器单兀130供电。与供电器的处理相关，音频装置100可通过使用升压器160来对输入音频信号进行升压以检测包络。
[0047]图3是示出根据示例性实施例的升压处理的示图。供电器120被预先控制为向放大器单元130供应具有适当的电平的电源。供应的电源的电平被保持为高于将被输出的音频信号的电平。
[0048]参照图3，输入音频信号11被输入到升压器160。升压器160包括将输入音频信号升压到预设电平的放大器161。输入音频信号11通过执行升压的放大器161被升压到预设电平。
[0049]输入音频信号11和升压的音频信号13具有相同的形式。然而，由于升压的音频信号13的改变率高于输入音频信号11的改变率，因此升压的音频信号13可总是具有比输入音频信号11更高的值。换句话讲，响应于从升压的音频信号13检测到包络，该包络可与输入音频信号11的改变成正比并可大于输入音频信号11的振幅。
[0050]在图3的示例性实施例中，升压电平被设置为6dB。然而，升压电平可根据音频装置100的期望的性能等被设置为适当的电平。例如，响应于音频装置100的性能高，升压电平被设置为3dB。响应于音频装置100的性能低，升压电平可被设置为9dB。
[0051]升压的音频信号13被输入到包络检测器110。包络检测器110从升压的音频信号13检测包络以选择LPS121和SMPS122之一。控制器150通过使用检测到的包络来选择供电器。[0052]图4是示出根据示例性实施例的检测包络的处理的示图。
[0053]参照图4的(I),不出放大器供电电平51和输出音频信号15。一般的放大器供电电平51被固定为音频装置100的最大输出电平。放大器所需的电源电平是输出音频信号15的电平。音频装置100通过一个供电器供电。因此，响应于音频装置100通过LPS被供电，电源效率低，并且电源会在峰值电平上饱和。响应于音频装置100通过SMPS被供电，在具有低电平的音频信号中会产生噪音。根据诸如热的参数来消耗超过输出音频信号15的功率。因此，由于输出音频信号15和放大器供电电平51之间的差，发生不必要的功耗。
[0054]参照图4的(2)，基于输出音频信号15检测包络53。由于音频信号的改变非常严重，因此产生包络信号以按照可视频带之外的改变率(频率)来选择或改变供电器。
[0055]控制器150根据包络信号的电平确定输出到放大器单元130的供电器的类型，供电器120通过使用选择的供电器来向放大器单元130供电。响应于包络信号的电平高于或等于预设电平，供电器120通过使用SMPS来供电。响应于包络信号的电平低于或等于预设电平，供电器120使用LPS来供电。另外，供应到放大器单元130的电源的电平可被调整为与产生的包络信号的电平成正比。
[0056]换句话讲，一般的放大器供电电平51根据输出音频信号15的改变而变，但被转换到可视频带外的频率。因此，用户不可感测一般的放大器供电电平的改变。另外，响应于包络信号的电平高于或等于预设电平，通过使用SMPS向放大器单元130供电，因此提供电源效率。响应于包络信号的电平低于或等于预设电平，通过使用SMPS供电并因此提供大量的噪声。另外，由于供电电平根据输出音频信号15的改变而调整，可减小音频装置100的功耗。
[0057]响应于包络信号的电平被检测来选择电源，并存在包络信号的电平的许多改变，供电器的改变的切换增加。响应于供电器的改变的切换增加，可影响音频信号，因此功耗增力口。因此，音频装置100可使用滞后窗口。
[0058]图5和图6是示出根据示例性实施例的应用滞后窗口来选择供电器的方法的示图。
[0059]参照图5，响应于包络17低于或等于第一电平61，选择LPS。当包络17可高于或等于第二电平63时，选择SMPS。第一电平61、超过第一电平61的第二电平63以及检测到的包络17示出在图5中。
[0060]在时间tl，包络17的功率电平变得高于第二电平63。因此，SMPS接通。在时间t2，包络17的功率电平变得低于第二电平63。因此，SMPS断开。
[0061]在时间t3，包络17的功率电平变得低于第一电平61。因此，LPS接通。在时间t4，包络17的功率电平变得高于第一电平61。因此，LPS断开。
[0062]如上所述，SMPS在包络17的功率电平高于第二电平63的区段被选择为接通。LPS在包络17的功率电平低于第一电平61的区段被选择为接通。
[0063]在此情况下，存在LPS和SMPS两者均不被选择的死区时间(或区段)。死区时间是指当没有供电器被选择，因此放大器单元130没有被供电器120供电。因此，音频装置100包括平滑器170。如上所述，平滑器170可被实现为电容性元件。平滑器170可在供电的时间内积聚电荷，并随后在死区时间期间通过使用积聚的电荷向放大器单元130供电。
[0064]参照图6，响应于包络17的功率电平降低到低于或等于第一电平61，选择LPS。响应于包络17的功率电平上升到高于或等于第二电平63，选择SMPS。第一电平61、超过第一电平61的第二电平63和检测到的包络17被示出在图6中。
[0065]包络17的功率电平上升并随后在时间t9变得高于第二电平63。因此，SMPS接通。响应于SMPS接通，SMPS保持接通直到包络17的功率电平变得低于第一电平61为止。
[0066]包络17的功率电平降低并随后在时间tlO变得低于第一电平61。因此，LPS接通。这里，SMPS断开。响应于LPS接通，LPS保持接通直到包络17的功率电平变得高于第二电平63为止。包络17的功率电平上升并随后在时间til变得高于第二电平63。因此，SMPS接通，并且LPS断开。
[0067]在参照图6描述的示例性实施例中，不存在如参照图5描述的死区时间。然而，尽管不存在如参照图5描述的死区时间，但是根据电源模式的改变可能出现瞬时死区时间。因此，平滑器170可与根据供电器的改变的瞬时功率改变相应。
[0068]为了防止出现瞬时死区时间，控制器150可在响应于检测到的包络的电压电平降低到第一电平61的时刻，将LPS的输出电压电平设置为第一电平61。控制器150可在检测到的包络的电压电平上升到第二电平63的时刻，将SMPS的电压电平设置为第二电平63。
[0069]图7是示出根据示例性实施例的改变电源模式的方法的示图。
[0070]参照图7，示出第一电平61和第二电平63。在图7的示例性实施例中，SMPS在高于第二电平63的区域27进行操作。LPS在低于第一电平61的区域31进行操作。在第一电平61和第二电平63之间的区段是死区时间(即，由平滑器170供电的区域29)。如上所述，在图7的示例性实施例中，向放大器单元130供电的区域可被划分为三个区域。
[0071]死区时间可能不存在。然而，当LPS和SMPS实际被改变时，可能不供电。因此，向放大器单元130供电的区域可被划分为三个区域。
[0072]如上所述，供电器120将选择的LPS或SMPS的电压电平调整为检测到的包络的电压电平并输出调整的电压电平。
[0073]图8是示出根据示例性实施例的音频装置的输出方法的流程图。
[0074]参照图8，在操作S810，音频装置检测输入的音频信号的包络。包络的改变率可被设置在可视频率之外。检测到的包络可被用于选择电源模式并确定电源电平。
[0075]在操作S820，音频装置将检测到的电压电平与预设电平进行比较以选择LPS和SMPS之一，并向放大器供应LPS和SMPS之一。预设电平可被设置为一个或多个电平。响应于检测到的电压电平低于或等于预设电平，音频装置选择LPS。响应于检测到的电压电平高于或等于预设电平，音频装置选择SMPS。
[0076]在操作S830，音频装置放大输入的音频信号。在操作S840，音频装置输出放大的音频信号。
[0077]根据上述各种示例性实施例的音频装置的输出方法可被实现为将被提供给音频装置的程序。
[0078]例如，可提供存储执行以下方法的程序的非暂时性计算机可读存储介质，所述方法包括:检测输入的音频信号的包络；将检测到的包络的电压电平与预设电平进行比较以选择LPS和SMPS之一，并将LPS和SMPS之一供应给放大器；放大输入的音频信号；并输出放大的音频信号。
[0079]非暂时性计算机可读介质是指不在短时间内存储数据的存储介质(例如，寄存器、高速缓冲存储器、存储器等)，而是半永久地存储数据作为数据结构并可被装置读取的存储介质。具体地讲，上述应用或程序可在诸如⑶、DVD、硬盘、蓝牙盘?、通用串行总线(USB)、存储卡、ROM等的非暂时性计算机可读存储介质上被存储和提供。
[0080]上述的示例性实施例和优点仅是示例性的并不被解释为限制。本教导可容易地应用于其他类型的设备。另外，示例性实施例的描述意在说明，而不是限制权利要求的范围，许多替代、修改和变化对于本领域的技术人员将是清楚的。
【权利要求】
1.一种音频装置: 包络检测器，配置为检测输入的音频信号的包络； 供电器，包括线性供电器(LPS)和开关模式供电器(SMPS)； 放大器，配置为放大输入的音频信号； 输出单元，配置为输出由放大器放大的音频信号； 控制器，配置为将检测到的包络的电压电平与预设电压电平进行比较，基于比较结果选择LPS和SMPS之一，并控制供电器从选择的LPS和SMPS之一向放大器供电。
2.如权利要求1所述的音频装置，还包括: 平滑器，配置为对由LPS和SMPS的改变而造成的电压电平的瞬时改变进行平滑。
3.如权利要求1所述的音频装置，还包括: 升压器，配置为对输入的音频信号进行升压。
4.如权利要求1所述的音频装置，其中，控制器被配置为响应于检测到的包络的电压电平低于或等于预设电平而选择LPS， 并响应于检测到的包络的电压电平高于或等于预设电平而选择SMPS。
5.如权利要求4所述的音频装置，其中，预设电平包括第一电平和超过第一电平的第二电平， 其中，控制器被配置为响应于检测到的包络的电压电平降低为低于或等于第一电平而选择LPS，并响应于检测到的包络的电压电平上升为高于或等于第二电平而选择SMPS。
6.如权利要求5所述的音频装置，其中，控制器被配置为在检测到的包络的电压电平降低到第一电平的时刻，将LPS的输出电压电平设置为第一电平，并在检测到的包络的电压电平上升到第二电平的时刻，将SMPS的输出电压电平设置为第二电平。
7.如权利要求1所述的音频装置，其中，供电器被配置为将选择的LPS和SMPS之一的电压电平调整为检测到的包络的电压电平，并输出调整的电压电平。
8.一种音频装置的输出方法，所述输出方法包括: 检测输入的音频信号的包络； 将检测到的包络的电压电平与预设电压电平进行比较； 基于比较结果选择线性供电器(LPS)和开关模式供电器(SMPS)之一； 通过使用由选择的LPS和SMPS之一供电来放大输入的音频信号； 输出放大的音频信号。
9.如权利要求8所述的输出方法，还包括: 对由LPS和SMPS的改变而造成的电压电平的瞬时改变进行平滑。
10.如权利要求8所述的输出方法，还包括: 对输入的音频信号进行升压。
11.如权利要求8所述的输出方法，其中，响应于检测到的包络的电压电平低于或等于预设电平而选择LPS，并响应于检测到的包络的电压电平高于或等于预设电平而选择SMPS。
12.如权利要求11所述的输出方法，其中，预设电平包括第一电平和超过第一电平的第二电平， 其中，响应于检测到的包络的电压电平降低为低于或等于第一电平而选择LPS，并响应于检测到的包络的电压电平上升为高于或等于第二电平而选择SMPS。
13.如权利要求12所述的输出方法，其中，选择LPS或SMPS之一的步骤包括: 在检测到的包络的电压电平降低到第一电平的时刻，将LPS的输出电压电平设置为第一电平； 在检测到的包络的电压电平上升到第二电平的时刻，将SMPS的输出电压电平设置为第二电平。
14.如权利要求8所述的输出方法，还包括: 将选择的LPS或SMPS的电压电平调整为检测到的包络的电压电平， 其中，基于调整的电压电平向放大器供电，以放大输入的音频信号。
【文档编号】H04R3/00GK103686532SQ201310381721
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2013年8月28日 优先权日:2012年8月28日
【发明者】朴海光, 林东贤 申请人:三星电子株式会社